Работа двигателей внутреннего сгорания характеризуется рядом переменных. Одним из них является степень сжатия двигателя. Важно не путать его с компрессией, которая представляет собой максимальное давление в цилиндре двигателя.
Что такое степень сжатия
Этот коэффициент представляет собой отношение объема цилиндра двигателя к объему камеры сгорания. Другими словами, можно сказать, что степень сжатия — это отношение объема свободного пространства над поршнем, когда поршень находится в нижней мертвой точке, к аналогичному объему, когда поршень находится в верхней мертвой точке.
Как упоминалось выше, компрессия и степень сжатия не являются синонимами. Разница также относится к обозначениям, если компрессия измеряется в атмосферах, степень сжатия записывается как некоторое соотношение, например, 11:1, 10:1 и т.д. Поэтому невозможно точно сказать, в каком двигателе измеряется степень сжатия — это «безразмерный» параметр, который зависит от других характеристик двигателя внутреннего сгорания.
Обычно степень сжатия также может быть описана как разница между давлением в камере при подаче смеси (или дизельного топлива в случае дизельных двигателей) и при воспламенении порции топлива. Этот показатель зависит от модели и типа двигателя и является результатом его конструкции. Степень сжатия может быть:
- высокий;
- низкий.
Расчет сжатия
Рассмотрим, как узнать степень сжатия двигателя.
Он рассчитывается по формуле:
Где Vp представляет собой рабочий объем одного цилиндра, а Vc — объем камеры сгорания. Формула показывает важность объема камеры сгорания: при его уменьшении, например, степень сжатия будет выше. То же самое будет справедливо и при увеличении объема цилиндра.
Чтобы узнать рабочий объем, необходимо знать диаметр цилиндра и ход поршня. Этот показатель рассчитывается по формуле:
Здесь D — диаметр, а S — ход поршня.
Иллюстрация:
Поскольку камера сгорания имеет сложную форму, ее объем обычно измеряется путем наливания в нее жидкости. Узнав, сколько воды поместится в камеру сгорания, мы можем определить ее объем. Удобно использовать воду, поскольку ее удельный вес составляет 1 грамм на кубический сантиметр — количество «кубиков» в цилиндре равно количеству налитых в него граммов.
Альтернативным способом определения степени сжатия двигателя является обращение к его документации.
На что влияет степень сжатия
Важно понимать, что делает степень сжатия двигателя: она напрямую влияет на компрессию и мощность. Более высокая степень сжатия обеспечивает большую эффективность двигателя, что в свою очередь снижает удельный расход топлива.
Степень сжатия бензинового двигателя определяет, какое октановое число топлива он использует. Если топливо низкооктановое, это вызовет неприятное явление детонации, а слишком высокое октановое число приведет к недостатку мощности — двигатель со слишком низким октановым числом не обеспечит достаточной компрессии.
Таблица основных степеней сжатия и рекомендуемых видов топлива для бензиновых двигателей:
| Компрессия | Бензин |
| До 10 | 92 |
| 10.5-12 | 95 |
| 12 и старше | 98 |
Интересный факт: Бензиновые двигатели с турбонаддувом используют более высокооктановое топливо, чем аналогичные двигатели с наддувом, поэтому степень сжатия у них выше.
Дизельные двигатели имеют еще более высокую степень сжатия. Поскольку дизельные двигатели развивают высокое давление, они также будут показывать более высокие значения. Оптимальная степень сжатия для дизельного двигателя составляет от 18:1 до 22:1, в зависимости от автомобиля.
Изменение коэффициента сжатия
Зачем менять степень сжатия?
На практике такая необходимость возникает редко. Может потребоваться изменение степени сжатия
- если вы хотите перегрузить двигатель;
- если необходимо адаптировать устройство для работы на нестандартном для него бензине, с октановым числом, отличным от рекомендованного. Так работали, например, владельцы советских автомобилей, поскольку комплекты для перевода машины на газ в продаже не встречались, а желание сэкономить на бензине было;
- После неудачного ремонта, чтобы устранить последствия неправильного вмешательства. Это может быть термическая деформация головки цилиндра, после чего ее необходимо фрезеровать. После того как степень сжатия двигателя была увеличена путем удаления металлического слоя, становится невозможным подавать в двигатель предназначенный для него бензин.
Иногда при переводе автомобилей на метановое топливо изменяется степень сжатия. Метан имеет октановое число 120, что требует увеличения степени сжатия для многих бензиновых автомобилей и уменьшения для дизелей (степень сжатия составляет от 12 до 14).
Переход с дизеля на метан влияет на выходную мощность и приводит к некоторой потере мощности, которая может быть компенсирована турбонаддувом. Двигатель с турбонаддувом требует дополнительного снижения степени сжатия. Может потребоваться модификация электрики и датчиков, замена дизельных форсунок на свечи зажигания и новый комплект цилиндровых групп и поршней.
Форсирование двигателя
Для получения большей мощности или работы на более дешевом топливе двигатель внутреннего сгорания может быть форсирован путем изменения объема камеры сгорания.
Для получения дополнительной мощности двигатель должен быть переобогащен путем увеличения степени сжатия.
Важно: явное увеличение мощности произойдет только в двигателе, который обычно работает при более низкой степени сжатия. Так, например, если двигатель внутреннего сгорания со степенью сжатия 9:1 отрегулировать до 10:1, он будет производить больше «лошадей», чем двигатель со стоковым параметром 12:1, доведенный до 13:1.
Возможные методы увеличения степени сжатия двигателя включают.
- установка тонкой прокладки головки блока цилиндров и доработка головки блока цилиндров;
- отверстия цилиндра.
Доработка головки блока цилиндров включает в себя фрезерование нижней части головки в контакте с самим блоком. Головка цилиндра становится короче, что уменьшает объем камеры сгорания и увеличивает степень сжатия. То же самое произойдет, если установить более тонкую прокладку.
Важно: эти манипуляции могут также потребовать установки новых поршней с большими отверстиями клапанов, так как в некоторых случаях существует риск столкновения поршня и клапанов. Необходимо провести регулировку привода клапанов.
Расточка БЦ также приводит к установке новых поршней правильного диаметра. Это увеличивает рабочий объем и приводит к более высокой степени сжатия.
Дефорсирование под низкооктановое топливо
Такая обработка проводится, когда вопрос мощности является второстепенным, а основной задачей является адаптация двигателя к другим видам топлива. Это достигается путем снижения степени сжатия, чтобы двигатель мог работать на низкооктановом бензине без детонации. Кроме того, это еще и финансовая экономия на расходах на топливо.
Интересный факт: этот раствор часто используется в карбюраторных двигателях старых автомобилей. В случае современных двигателей с электронным управлением впрыском переключение на повышенную передачу не рекомендуется.
Основным способом снижения степени сжатия двигателя является утолщение прокладки головки блока цилиндров. Для этого необходимо взять две стандартные прокладки и вставить между ними алюминиевую прокладку. Это увеличивает объем камеры сгорания и высоту головки блока цилиндров.
Некоторые интересные факты
Двигатели гоночных автомобилей, работающих на метаноле, имеют степень сжатия более 15:1. Для сравнения, стандартный карбюраторный двигатель на неэтилированном бензине имеет максимальную степень сжатия 1,1:1.
На рынке существуют примеры серийных бензиновых двигателей Mazda с компрессией 14:1 (серия Skyactiv-G), устанавливаемых, например, на модели CX-5. Но их фактическая GV находится в диапазоне 12, поскольку в этих двигателях применяется так называемый «цикл Аткинсона», когда смесь сжимается 12 раз после позднего закрытия клапана. Эффективность этих двигателей измеряется не сжатием, а расширением.
В середине 20-го века в мировом двигателестроении, особенно в США, наметилась тенденция к увеличению степени сжатия. Так, к 1970-м годам большинство моделей американского автопрома имели степень сжатия от 11 до 13:1. Однако для регулярной работы таких двигателей требовался высокооктановый бензин, который в то время можно было получить только путем этилирования, т.е. добавления тетраэтилсвинца, высокотоксичного ингредиента. Когда в 1970-х годах появились новые экологические стандарты, этилирование было запрещено, что привело к обращению вспять тенденции снижения GV в серийных двигателях.
Современные двигатели оснащены системой управления фазами зажигания, которая позволяет двигателю работать на «неродном» топливе, например, на 92 вместо 95 и наоборот. Система управления моментом зажигания помогает избежать детонации и других неприятных явлений. Если у вас его нет, то, например, заливка высокооктанового бензина в двигатель, не рассчитанный на такое топливо, может привести к потере мощности и даже залить свечи зажигания, поскольку зажигание будет происходить с опозданием. Ситуация может быть исправлена путем ручной регулировки момента зажигания в соответствии с руководством пользователя конкретной модели автомобиля.
